Pompa ciepła przestaje działać przy -15°C? Dane producentów pokazują coś zupełnie innego
Gdy temperatura spada poniżej -15°C, wśród przeciwników pomp ciepła często pojawia się ten sam argument: urządzenie przestaje działać, ponieważ „nie ma już z czego pobierać ciepła”. To jednak nie jest prawda. Powietrzna pompa ciepła może pracować przy znacznie niższych temperaturach, choć wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej zmniejsza się jej moc grzewcza, rośnie zużycie energii elektrycznej i spada współczynnik COP. Kluczowe pytanie nie brzmi więc „czy pompa działa przy -15°C?”, ale „ile ciepła jest w stanie wtedy dostarczyć i jak dużo prądu potrzebuje, aby to zrobić?”. Dane producentów oraz badania instalacji pracujących w rzeczywistych budynkach pokazują, że mróz sam w sobie nie oznacza zatrzymania ogrzewania.
- Pompa ciepła nie wyłącza się automatycznie przy -15°C
- Co dzieje się z pompą, gdy temperatura spada poniżej -15°C?
- Dane producentów pokazują, że przy mrozie pompa nadal może dostarczać ciepło
- A co pokazują rzeczywiste pomiary, a nie tylko katalogi?
- Dlaczego przy -15°C rachunki mogą rosnąć?
- Kiedy pompa ciepła rzeczywiście może potrzebować wsparcia?
- Najważniejsza jest temperatura zasilania, a nie sama temperatura na zewnątrz
- Czy pompa ciepła jest dobrym rozwiązaniem na polskie mrozy?
Pompa ciepła nie wyłącza się automatycznie przy -15°C
Najważniejszy fakt jest prosty: temperatura -15°C nie stanowi uniwersalnej granicy pracy powietrznej pompy ciepła. Konkretna wartość zależy od modelu, zastosowanego czynnika chłodniczego, konstrukcji sprężarki, sterowania oraz temperatury, do której urządzenie musi podgrzać wodę w instalacji. Niektóre współczesne urządzenia są projektowane do pracy przy temperaturach sięgających -25°C, a wybrane konstrukcje mają deklarowane jeszcze szersze zakresy. Przykładem jest NIBE S2125, dla której producent deklaruje pracę źródła ciepła do -25°C, a jednocześnie możliwość uzyskania wysokiej temperatury zasilania.
Podobnie wygląda sytuacja w przypadku pomp Mitsubishi Electric z rodziny Ecodan. Producent informuje, że najnowsze jednostki Eco Inverter mają gwarantowany zakres pracy rozszerzony do -25°C, podczas gdy poprzednia generacja była przewidziana do -20°C. To ważna informacja, ponieważ pokazuje, że „pompa ciepła przestaje działać przy -15°C” nie jest zasadą techniczną, lecz uproszczeniem. Granica temperatury pracy jest parametrem konkretnego urządzenia i zawsze trzeba sprawdzać ją w dokumentacji danego modelu.
Warto przy tym rozróżnić dwie kwestie: temperaturę, przy której urządzenie może pracować, oraz temperaturę, przy której pracuje z określoną mocą i sprawnością. To, że pompa może działać przy -20°C, nie oznacza, że będzie wtedy produkowała tyle samo ciepła co przy +7°C. Właśnie ten drugi element jest często źródłem nieporozumień. Pompa może nadal ogrzewać budynek, ale potrzebuje więcej energii elektrycznej, a jej moc grzewcza może być niższa.
Co dzieje się z pompą, gdy temperatura spada poniżej -15°C?
Spadek temperatury zewnętrznej oznacza dla powietrznej pompy ciepła coraz trudniejsze warunki pracy. Urządzenie musi odebrać energię z coraz zimniejszego powietrza, a następnie podnieść temperaturę czynnika chłodniczego do poziomu umożliwiającego ogrzanie wody w instalacji. Im większa różnica temperatur pomiędzy źródłem a instalacją grzewczą, tym większej pracy wymaga sprężarka. W efekcie rośnie pobór energii elektrycznej, a współczynnik COP spada.
Dobrze pokazują to dane techniczne NIBE S2125. Dla jednego z modeli przy temperaturze zewnętrznej +7°C i temperaturze wody 35°C producent podaje COP na poziomie około 5,2. Przy -7°C i tej samej temperaturze zasilania COP spada już do około 2,7, a moc grzewcza nominalna również zmienia się względem warunków dodatnich. Oznacza to, że przy mrozie urządzenie nadal dostarcza ciepło, ale potrzebuje znacznie więcej energii elektrycznej do uzyskania tej samej ilości energii cieplnej.
Jeszcze ważniejsza jest temperatura wody w instalacji. Pompa pracująca z ogrzewaniem podłogowym, które potrzebuje np. 30–35°C, znajduje się w znacznie korzystniejszej sytuacji niż urządzenie, które musi dostarczyć wodę o temperaturze 50–55°C do starszych grzejników. Dlatego przy ocenie zachowania pompy podczas mrozu nie można patrzeć wyłącznie na temperaturę powietrza. Trzeba jednocześnie sprawdzić temperaturę zasilania, moc grzewczą oraz COP. To właśnie zestaw tych parametrów pokazuje, czy konkretna instalacja jest dobrze dobrana.
Dane producentów pokazują, że przy mrozie pompa nadal może dostarczać ciepło
Dobrym przykładem są certyfikowane dane urządzeń znajdujące się w bazie Heat Pump KEYMARK. Dla jednej z certyfikowanych pomp powietrze-woda o mocy około 14 kW deklarowana temperatura graniczna pracy wynosi -28°C. W warunkach projektowych dla chłodnego klimatu urządzenie nadal ma określoną moc grzewczą i współczynnik COP, a więc nie jest to sytuacja, w której przy temperaturze poniżej -15°C następuje automatyczne wyłączenie urządzenia.
Podobne informacje można znaleźć dla innych urządzeń. W przypadku certyfikowanego systemu Mitsubishi Electric Ecodan Zubadan 14-200D producent deklaruje temperaturę graniczną TOL na poziomie -28°C. Dla temperatury -7°C w określonych warunkach testowych podawany jest COP 2,76 przy niskotemperaturowym sposobie pracy oraz 2,15 przy wyższej temperaturze zasilania. Dane te dobrze pokazują, jak istotne jest rozróżnienie między samą możliwością pracy a efektywnością tej pracy.
Nie oznacza to oczywiście, że każda pompa ciepła będzie równie dobrze radziła sobie przy -20°C. Starsze lub źle dobrane urządzenie może mieć wyższą temperaturę graniczną, a jego moc przy dużym mrozie może okazać się niewystarczająca do pokrycia zapotrzebowania budynku. Dlatego przy zakupie nie należy kierować się wyłącznie hasłem „pracuje do -25°C”. Znacznie ważniejsze jest sprawdzenie, jaką moc grzewczą urządzenie zapewnia przy temperaturze obliczeniowej dla konkretnej lokalizacji i przy wymaganej temperaturze zasilania.
A co pokazują rzeczywiste pomiary, a nie tylko katalogi?
Dane katalogowe są niezwykle ważne, ale nie pokazują całego obrazu. W rzeczywistym budynku na pracę pompy wpływają m.in. jakość izolacji, temperatura wewnętrzna, sposób regulacji instalacji, zapotrzebowanie na ciepło, odszranianie jednostki zewnętrznej oraz temperatura wody grzewczej. Dlatego interesujące są wyniki badań terenowych, w których urządzenia monitoruje się podczas normalnej eksploatacji.
Jednym z takich projektów był prowadzony przez Fraunhofer ISE program WP Monitor. W ramach badań analizowano 87 systemów pomp ciepła pracujących w rzeczywistych budynkach. W przypadku 35 powietrznych pomp ciepła analizowano również sezonowe współczynniki efektywności. To istotne, ponieważ pokazuje różnicę pomiędzy laboratoryjnym punktem pomiarowym a całoroczną pracą instalacji.
W praktyce oznacza to, że pojedynczy odczyt COP przy -15°C nie powinien być traktowany jako ocena całego systemu. Mróz może występować przez kilka lub kilkanaście godzin, natomiast przez dużą część sezonu urządzenie pracuje w znacznie łagodniejszych warunkach. Właśnie dlatego o kosztach ogrzewania decyduje przede wszystkim sprawność sezonowa, a nie rekordowy wynik uzyskany w jednym konkretnym punkcie temperatury. Jednocześnie okresy największego zapotrzebowania na ciepło są właśnie tym momentem, kiedy właściwy dobór mocy pompy ma największe znaczenie.
Dlaczego przy -15°C rachunki mogą rosnąć?
Spadek COP jest jednym z najważniejszych powodów. Jeżeli urządzenie przy określonych warunkach ma COP równy 4, oznacza to w uproszczeniu, że z 1 kWh energii elektrycznej dostarcza około 4 kWh ciepła. Przy COP równym 2 z tej samej ilości prądu otrzymujemy około 2 kWh ciepła. Pompa nadal działa, ale jej przewaga nad bezpośrednim ogrzewaniem elektrycznym jest wówczas zdecydowanie mniejsza.
Do tego dochodzą cykle odszraniania. Gdy temperatura i wilgotność są odpowiednie, na wymienniku jednostki zewnętrznej może pojawiać się szron. Pompa musi wtedy okresowo odwrócić cykl pracy, aby go usunąć. Oznacza to chwilowe pogorszenie bilansu energetycznego. Im trudniejsze są warunki atmosferyczne, tym większe znaczenie może mieć prawidłowe zarządzanie odszranianiem oraz odpowiednie usytuowanie jednostki zewnętrznej.
Nie należy jednak utożsamiać wyższego zużycia prądu z brakiem możliwości ogrzewania. To dwie zupełnie różne kwestie. Przy -15°C pompa może pobierać więcej energii, pracować dłużej i osiągać niższy COP, a jednocześnie przez cały czas utrzymywać wymaganą temperaturę w domu. Problem pojawia się dopiero wtedy, gdy dostępna moc grzewcza urządzenia jest mniejsza od aktualnego zapotrzebowania budynku albo gdy urządzenie osiąga swoją deklarowaną temperaturę graniczną.
Kiedy pompa ciepła rzeczywiście może potrzebować wsparcia?
Najbardziej problematyczna sytuacja występuje wtedy, gdy budynek potrzebuje więcej ciepła, niż pompa jest w stanie dostarczyć przy danej temperaturze zewnętrznej. Dlatego projektant powinien uwzględnić tzw. temperaturę obliczeniową dla lokalizacji oraz charakterystykę budynku. W Polsce może ona być znacznie niższa od -15°C, zależnie od strefy klimatycznej. Pompa powinna być dobrana tak, aby jej moc w warunkach projektowych była odpowiednia do zapotrzebowania budynku albo aby zaplanowano właściwe źródło szczytowe.
Takim wsparciem może być wbudowana grzałka elektryczna. Jej uruchomienie podczas największych mrozów nie oznacza awarii pompy ani dowodu na to, że technologia „nie działa”. Grzałka jest dodatkowym źródłem ciepła, które może pokryć chwilowy niedobór mocy. W zależności od projektu może pracować sporadycznie albo częściej, dlatego przed zakupem warto sprawdzić nie tylko nominalną moc pompy, lecz także sposób współpracy urządzenia z dodatkowym źródłem.
Warto również pamiętać, że przewymiarowanie pompy nie zawsze jest najlepszym rozwiązaniem. Zbyt duże urządzenie może częściej pracować w niekorzystnym zakresie częściowego obciążenia, a jego zakup będzie droższy. Celem nie jest więc znalezienie urządzenia, które „nigdy nie potrzebuje pomocy”, lecz stworzenie całego systemu, który zapewnia komfort i rozsądne koszty także podczas kilku najzimniejszych dni sezonu. Dane z certyfikacji KEYMARK uwzględniają m.in. temperaturę graniczną, temperaturę biwalentną oraz parametry pracy przy różnych warunkach, co pokazuje, jak wielowymiarowa jest ocena pompy.
Najważniejsza jest temperatura zasilania, a nie sama temperatura na zewnątrz
Dwa identyczne urządzenia mogą zachowywać się zupełnie inaczej w dwóch domach. W pierwszym pompa może przy -15°C podgrzewać wodę do 30–35°C i pracować z relatywnie dobrym COP. W drugim będzie musiała przygotować wodę o temperaturze 50–55°C. W drugim przypadku sprężarka wykonuje znacznie cięższą pracę, więc sprawność spada.
To właśnie dlatego pompy ciepła szczególnie dobrze współpracują z ogrzewaniem płaszczyznowym. Duża powierzchnia podłogi, ścian czy sufitu pozwala przekazywać do pomieszczeń odpowiednią ilość energii przy stosunkowo niskiej temperaturze wody. Nie oznacza to jednak, że pompa ciepła nie może współpracować z grzejnikami. W wielu modernizowanych budynkach jest to możliwe, ale trzeba dokładnie sprawdzić wymagane temperatury oraz charakterystykę istniejącej instalacji.
Dane NIBE dobrze ilustrują tę zależność. Dla S2125-8 przy temperaturze zewnętrznej -7°C producent podaje COP 2,74 przy wodzie o temperaturze 35°C. Wraz ze wzrostem temperatury zasilania efektywność spada. To pokazuje, że pytanie „jaki COP ma pompa przy -15°C?” bez podania temperatury wody jest niepełne. Przy ocenie urządzenia zawsze należy patrzeć na pełny punkt pracy, czyli temperaturę zewnętrzną i temperaturę zasilania.
Czy pompa ciepła jest dobrym rozwiązaniem na polskie mrozy?
Tak, ale pod warunkiem prawidłowego doboru i wykonania instalacji. Sam fakt występowania temperatur -15°C czy nawet -20°C nie dyskwalifikuje powietrznej pompy ciepła. Współczesne urządzenia są projektowane z myślą o pracy w takich warunkach, a część modeli ma deklarowane zakresy sięgające -25°C lub niżej. Problemem nie jest więc samo zimne powietrze, lecz spadek mocy i sprawności, który trzeba uwzględnić przy projektowaniu systemu.
Największe znaczenie ma charakterystyka konkretnego budynku. Dobrze ocieplony dom o niewielkim zapotrzebowaniu na ciepło może potrzebować stosunkowo małej ilości energii nawet podczas silnego mrozu. Z kolei nieocieplony budynek ze starą instalacją wysokotemperaturową może wymagać bardzo dużej mocy właśnie wtedy, gdy pompa pracuje w najmniej korzystnych warunkach. W takim przypadku problem może wynikać nie z samej technologii, lecz z niedopasowania urządzenia do budynku.
Największy mit można więc sprowadzić do jednego zdania: pompa ciepła nie przestaje działać dlatego, że temperatura spadła poniżej -15°C. Wraz z mrozem jej efektywność rzeczywiście maleje, a zużycie energii rośnie. To normalna cecha powietrznych pomp ciepła, którą można przewidzieć na podstawie danych technicznych. Jeżeli urządzenie jest właściwie dobrane, instalacja pracuje przy odpowiednio niskiej temperaturze zasilania, a system uwzględnia najzimniejsze okresy, mróz nie musi oznaczać utraty ogrzewania. Zamiast pytać, czy pompa „działa na mrozie”, warto więc sprawdzić, jaką moc i COP osiąga przy temperaturze projektowej dla konkretnego domu.